Rede Social do Aprendendo Física

Conectando-se para aprender Física

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Roteiro Aquecedor Solar

Colégio Pedro II – Campus Centro
Disciplina: Física – Professor: Sérgio Lima
Ensino Médio – 1ª série – turno: Tarde
Alunos: Daianna Oliva – 08
Gabryel Pereira -  09
João Vitor -
Yasmin Passoumidis – 35
Turma: 2102

Aquecedor Solar Didático (aqueceu e não vazou água!)

Já pensou em construir um aquecedor solar na sua casa (com as condições atmosféricas – pressão, nível do mar… – do estado do Rio de Janeiro – Brasil), que aqueça em 8ºC, 2.780L de água em aproximadamente 30 minutos? Estranho, né, assustador? Sim; mas não é tão difícil quanto pode parecer.

Para construí-lo você precisará de:

Uma fôrma de bolo retangular de qualquer tamanho;
Uma mangueira plástica fina de aproximadamente 70 cm;
Uma lata de leite em pó vazia;
Uma placa de vidro de dimensões iguais as da bandeja, porém, com 2mm de espessura (servirá como uma tampa para a fôrma de bolo);
Revista ou jornal;
Durepóxi (quantos forem necessários) – particularmente, usei apenas dois;
Uma furadeira (ou qualquer outro artefato que consiga furar a bandeja) e
Uma bisnaga de silicone (opcional)
Tinta preta fosca (é importante que seja preta e fosca, pois o preto fosco consegue “armazenar” (absorver/não deixa escapar) melhor a energia emitida por uma fonte luminosa.)
Fita adesiva
Montagem:

Comece pela bandeja e pela lata, faça dois furos em extremidades opostas (os furos devem estar posicionados numa espécie de diagonal imaginária – sendo na lata, um embaixo e o outro em cima, em lados opostos também) de tamanho suficiente para que seja possível a passagem da mangueira plástica por dentro do mesmo.

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(NÃO FURAR DESTA MANEIRA,POIS A ÁGUA NÃO CIRCULARÁ,TANTO NA BANDEJA QUANTO NA LATA)

 

Após furar a bandeja, não ponha a mangueira dentro do buraco, de imediato! Pinte todo o interior da fôrma/bandeja com a tinta preta fosca. Dê a segunda “mão de tinta” e espere secar.

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Com a tinta já seca, é hora de enfiar a mangueira nos buracos! Corte a mangueira em dois pedaços e ligue-os da bandeja até a lata. O buraco que ficará na parte de baixo da bandeja, deve ser ligado pela mangueira ao buraco que fica embaixo da lata, assim como o que se posiciona em cima, deve ser ligado ao de cima da lata!

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Para que furar em extremidades opostas? Simples! Para que haja circulação da água, de forma que a água fria suba, seja esquentada na lata  desça (já aquecida), dando lugar para uma “nova porção de água fria”
Entre as mangueiras e os furos, sobrará um pequeno espaço, suficiente para vazar toda a água que será posta no aquecedor; mas o que você menos quer, é que vaze! Porque se vazar, todo o trabalho será em vão! Portanto, vede estes pequenos espaços com durepóxi (dica: molhar a massa do durepóxi com um pouco de água, ajuda a amolecê-la, para facilitar o manuseamento da mesma) de forma, que a água não passe de jeito nenhum por ali! Vede os quatro furos (dois da bandeja e dois da lata) utilizando-se da mesma técnica para com o durepóxi.
Envolva a lata com jornal e/ou revista. Isso será como uma espécie de isolante térmico para a lata, prenda as páginas com fita adesiva de sua preferência.

 

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Atenção!

Para fixar a “tampa” de vidro na bandeja (que ficou a 42 mm do fundo), envolva todo o vidro com durepóxi e posicione sobre a bandeja e vá modelando o durepóxi com a ponta dos dedos, de forma que o durepoxi do vidro encoste na bandeja. Caso aconteça de ficar algum lugar com um espaço entre a bandeja e o vidro, cubra-o com mais durepóxi! Isso será essêncial para que a água não vaze! – lembre-se que se a água vazar, todo o seu trabalho será em vão.
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Importante:

Faça um apoio que suporte a bandeja inclinada, e a lata acima. Isso fará com que a água circule da bandeja para a lata e da lata para a bandeja, aquecendo-a.

CONCEITOS TERMOFÍSICOS:
São três, sendo eles:

> Irradiação:  Ocorre quando o sol bate no vidro e vai pra água
> Condução: Ocorre na bandeja
> Convicção:Ocorre quando a água circula pra lata

 

<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/”><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88×31.png” /></a><br />Este obra está licenciado com uma Licença <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/”>Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional</a>.

Roteiro de Física

Colégio Pedro II- Campus Centro 

1° ano do ensino médio
Alunas: Alessandra Alves Gomes de Sá n°1    Turma: 2102
Ana Sarah Schneider Berilo       n°3
Nathalia de Oliveira Floriano    n°29
Professor: Sérgio – Física

Roteiro do Aquecedor Solar
O aquecimento solar é o uso de energia solar para o aquecimento de água para banho, piscina, e é uma fonte energética com grande quantidade e gratuita.
Fizemos um teste, montando um aquecedor solar em um tamanho não muito grande, falaremos mais como montamos e sobre ele com algumas imagens.

Montando seu aquecedor solar.

-Material usado:

.Bandeja metálica, de preferencia pequena e retangular. (Usamos os tamanhos 30cm de comprimento por 20cm de largura e mais 4cm de altura.)

.Vidro que caiba dentro da bandeja, com uma espessura de 2 ou 3mm. (Recomendamos mandar fazer um vidro para a bandeja em si.)

.Um metro de mangueira plástica de preferencia transparente.

.Uma lata de leite ninho ou algum produto parecido que seja de metal.

.Tinta preta para metal que não se dissolva em água. (De preferencia tinta de metal em spray)

.Durepoxi em bastante quantidade, pois pode ser preciso reforçar algumas partes. ( Meu grupo usou SOS, mas isso causou problemas.)

.Opcional—Tubinhos de alumínio. (antena de TV)

.Silicone(Para reforçar o Durepoxi.)

-Como montar:
.Primeiramente passe uma ou duas camadas da tinta preta na bandeja na parte de dentro, cobrindo toda a região.

.Depois você deverá furar apenas duas extremidades da bandeja em um tamanho que os tubos de alumínios entrem e não deixem muito espaço em volta. Esses furos tem que se localizar mais ou menos 2 mm à cima do fundo da bandeja. Fure também a lata de metal, dois furos, um bem em baixo, outro no meio. (Use a furadeira para furar a bandeja e a lata.)

.Use o durepoxi para tampar os cantos entre os tubinhos e a bandeja e o tubinho e a lata, não deixando nenhuma parte que possa deixar a água passar para fora. Deixe o durepoxi secar durante umas oito horas antes de colocar mais uma camada leve de durepoxi para fortalecer. Use também silicone para reforçar o durepoxi, para não ter risco de vazar.(Usamos o SOS, que é muito parecido com o Durepoxi, porém ocorreram problemas como vazamento nos tubinhos, então não indicamos o uso.)

.Enquanto o durepoxi secar, você pode aproveitar para cortar as mangueiras, cuidado com o tamanho, uma tem que ficar maior que a outra.

.Depois de seco, cole o vidro também com durepoxi na bandeja, o vidro tem que ficar com 4 mm de distancia do fundo da bandeja. Cuidado para não deixar nenhuma parte sem durepoxi, pois pode vazar água na hora do funcionamento. Deixe secar por um dia.

.Coloque as mangueiras cortadas encaixadas nos tubinhos metálicos, e coloque fita isolante para prendê-las nos tubos para que não soltem, passem a fita umas 3 ou 4 vezes envolta da mangueira e o tubo.(Se quiser pode colocar durepoxi para deixar a mangueira pressa, mas tem o risco de ter problema depois de não ter como soltar se você precisar.

Obs:A mangueira com o maior comprimento tem que ficar presa no tubinho de baixo na lata e no tubinho de baixo na bandeja, e a mangueira menor tem que ficar presa no tubinho de cima da lata e no de cima da bandeja.

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-Funcionamento:

.Depois de tudo pronto e seco e o durepoxi bem duro, você precisa escolher uma hora e local onde tenha e bata sol, para que o aquecedor receba a irradiação do sol.

.Depois, posicione o aquecedor de uma forma onde a bandeja fique inclinada em um angulo de uns  30° em direção ao sol, e a lata fique um pouco mais a cima, pode usar uns tijolos para deixar a lata mais alta como o meu grupo usou.

.Depois, coloque a água devagar dentro da lata até cobrir o segundo furo, deixa passar do segundo furo, e logo vai perceber que água da lata vai descer já que vai passar pelas mangueiras e entrar na bandeja, a água precisa cobrir todo o espaço da bandeja. Depois que a bandeja estiver totalmente coberta de água, verifique-se se a água na lata ainda está passando o segundo furo, e depois veja qual temperatura à água se encontra. Foi nesse momento que meu grupo percebeu que a água estava vazando, então o processo não pode ser realizado.

.Espere mais ou menos meia hora, e abra a lata e meça de novo a temperatura da água, logo você vai perceber que a água esquentou.

 

O que acontece para que a água esquente:

.Bem, explicando como funciona o aquecimento da água. Primeiro o Sol manda raios que chegam no nosso aquecedor, primeiro passando pelo vidro e pela água chegando na bandeja, podemos chamar esse ato de irradiação, depois a bandeja que mantem toda a luz por ser preta, esquenta bem rápido, e também por ser metálica, e a bandeja passa para a água o calor, esse ato chamamos de condução.

.A água mais quente é menos densa e logo sobe, e quando sobe ela passa pela mangueira de cima, e o nome que chamamos o ato de passar pela mangueira que vai da bandeja até a lata é a convecção.

.Depois a água chega à lata, e como é a mais quente e menos densa, faz com que a água que estava na lata desça por estar mais fria, e ela logo passa pelo furo de baixo, indo da mangueira até a bandeira e lá permanece até ser esquentada novamente e esse processo fica se repetindo.

-Taxa de irradiação:

.Infelizmente não podemos saber ao certo a taxa de irradiação, pois não aplicando o silicone a água acabou vazando pelos tubinhos,

 

Licença:
Licença Creative Commons
Roteiro de Física está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Roteiro de Replicação do Aquecedor Solar 2014

Colégio Pedro II – Campus Centro

Rio de Janeiro, 12 de abril de 2014

Disciplina: Física

Professor: Sérgio Lima

Integrantes do grupo:

Leonardo Cattari – nº20

Letícia Rezende – nº 22

Luiza Calixto – nº 25

Mª Eduarda Feijó – nº 27

1º ano E.M – T.: 2104

 

 

Introdução:

Por que é importante usar o aquecedor solar? Porque além de ser um sistema simples de fazer e utilizar, ele não agride o meio ambiente e trará muita economia para as pessoas que o utilizarem, pois o investimento gasto na compra do aquecedor (ou na montagem dele) logo se reverterá em contas de luz muito mais baratas.

O diretor-presidente da Soletrol (empresa que fabrica aquecedores solares) Luís Augusto Mazzon, afirma que ao substituir o chuveiro elétrico, ela diminui, em média, 35% do gasto de luz numa casa. E tem mais: a energia elétrica usada no aquecimento de água responde por 6% do consumo nacional, o dobro do destinado à iluminação pública. Em tempos de ameaça de blecaute e preocupação com o esgotamento das reservas energéticas essa parece ser a solução mais favorável para todos.

 

Passo a passo para a construção do aquecedor solar:

  • Materiais necessários
  1. uma bandeja pequena (metálica) retangular ou forma para bolo pequena(de alumínio);
  2.  um pedaço de vidro (espessura 2 mm) de dimensões compatíveis com as da bandeja;
  3.  uma lata vazia, tipo de leite em pó;
  4.  70 cm de mangueira plástica fina (1/4 );
  5.  tinta preto-fosco;
  6.  Durepoxi normal (secagem lenta).
  • Como fazer

Primeiramente, nosso grupo lixou e limpou a bandeja (para melhor aderência da tinta) e depois pintamos. Isso 2 dias antes do trabalho ser feito para a secagem ficar completa.

Após isso, pedimos para o pai de um dos integrantes do grupo furar a bandeja (coletor) e a lata (reservatório) com uma furadeira (não mexam com isso sozinhas, crianças! :D), um furo em cima e outro embaixo de cada um e o furo ficou praticamente da mesma espessura da mangueira de plástico.

Logo, nós cortamos a mangueira em duas partes iguais e afixamos essas partes nos furos da lata e da bandeja (o furo de cima da bandeja se conectava com o furo de cima da lata e o furo de baixo da bandeja se conectava com o furo de baixo da lata). Usamos o Durepoxi nessa parte, para nos certificarmos de que não haveria vazamentos de água. Após a secagem completa do Durepoxi, passamos a cola de silicone.

Depois disso, colamos o vidro à bandeja, também com o Durepoxi e esperamos secar um dia para depois testarmos.

*Ah, é importante colocar a lata num nível acima da bandeja, para melhor deslocamento da água, facilitando as correntes de convecção.

 

Testando…

Após a secagem completa do Durepoxi, resolvemos testar para ver se encontrávamos problemas. Enchemos a lata de água e prestamos atenção no seu deslocamento até a bandeja. Funcionou! Então, colocamos o equipamento no sol e esperamos a mudança de temperatura…

No dia da apresentação:

Deixamos o equipamento durante exatamente 60 minutos no sol (13:28-14:28) e notamos a diferença de temperatura de 6ºC na água (26ºC-32ºC)

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Cálculo da taxa de irradiação:

1200g = Massa da água

Área da bandeja = 21 x 25 = 525 cm² = 0,0525 m²

Diferença de temperatura = 32 – 26 = 6°C

Calor específico da água = 1 cal/g°

1 hora = 60 x 60 = 3600 segundos

Taxa de Irradiação = calorias sobre massa x área. (cal/seg x m²)

Calorias = diferença de temperatura x calor específico da água x massa da água = 6 x 1 x 1200 = 7.200

7.200/ 3600seg x 0,0525 m²= 7.200/189

Irradiação = 38,09/ s.m² (aproximadamente)

 

Itens facultativos:

Consumo de água quente mensal numa família de 4 pessoas:

Supondo que uma pessoa gaste, em média, 45 litros por dia, temos:

45 x 4= 180 litros por dia

Em um mês:

180 x 30 = 5400 litros

Supondo que um chuveiro tenha 3200 W e cada pessoa tome um banho por dia de, em média, 7 minutos:

Tempo = 7 x 4 x 30 = 840 minutos = 14h

Energia gasta = 14 x 3200 = 63.000 kWh

1kwh na Light = R$ 0,32874

0,32874 x 63000 = R$ 20,71 de economia trocando o chuveiro elétrico pelo aquecedor solar.

Relatório do aquecedor solar

Colégio Pedro II – Campus Centro
1° Ano do Ensino Médio- Turma: 2108
Professor: Sérgio Lima
Grupo:
Carolina Tatagiba N°3
Lohane Reis N°19
Marcelle Nascimento N° 22
Natasha Renz N°27

Materiais:

- Uma forma metálica (tabuleiro) 20 cm X 30 cm;
- Uma lata vazia de achocolatado em pó;
-Uma mangueira de diâmetro ¼ e aproximadamente 70 cm de comprimento
-Quatro tubos (antenas) de ¼ de espessura e 5 cm de comprimento;
-Vidro de 20 cm X 30 cm e 3 mm de espessura ;
-Tinta preto-fosca;
-Duas caixas grandes de durepoxi;
-Uma bisnaga de silicone;
-Espaçadores com 3 cm de altura ;
-Jornal
Montagem do Sistema:
-Primeiramente furamos a forma metálica em suas extremidades, para a passagem das mangueiras, em seguida fizemos o mesmo com a lata;
-Pintamos com duas demãos a forma com a tinta preto-fosca, para absorver mais radiação solar;
-Cortamos a mangueira em duas partes: uma menor com aproximadamente 30 cm e outra maior com aproximadamente 40 cm;
-Colamos os espaçadores nos cantos da forma;
-Fixamos os tubos nos furos da forma e da lata com durepoxi, finalizando a montagem do reservatório;
-Colamos o vidro na forma, vedando com durepoxi e silicone, finalizando a montagem do coletor;
-Ligamos as mangueiras da seguinte maneira: o furo inferior da forma com o furo inferior da lata, com a mangueira maior e o furo superior da forma com o furo superior da lata, com a mangueira menor;
-Usamos o jornal para cobrir a lata, para evitar o rápido resfriamento da água.
Com o sistema já montado, basta apenas enche-lo com água (aproximadamente 2L de água) e posicionar o objeto na direção do sol, é essencial que o coletor (lata) esteja acima do reservatório (forma), que deve estar inclinado.           10169145_754597061239955_1475758476_n

Funcionamento do dispositivo:

O dipositivo foi testado préviamente e mesmo não havendo nenhum tipo de vazamento, no dia da apresentação (054), havia um espaço muito grande entre o vidro e a bandeija, o que fez com que o dispositivo funcionasse lentamente, e tambem a água colocada no reservatório foi em quantidade muito baixa, o que não possibilitou o funcionamento correto do dispositivo. Entretanto na segunda tentativa (084), o dispositivo funcionou corretamente devido aos ajustes feitos, tais como a diminuição do espaço do vidro até a forma e o peenchimento adequando do reservatório.

Calculo da taxa de irradiação:
Área da forma: 20 cm X 30 cm = 600cm²
Massa da água= 2L
Variação do tempo: 1°- 14hrs e 40 min / 2° 16 hrs e 30 min -> 1 hr e 50 min = 6600s
Variação de temperatura: 1°) 27°C / 2°) 38°C -> 11°C

Fórmula: variação de temperatura x massa x área do objeto
variação de tempo
= 11°C x 2L x 600cm²
6600s
= 13200cal/cm² s.
6600s

= 2cal/cm² s.

Itens Facultativos:
-Consumo de água quente mensal em uma família de 4 pessoas:
Litros por dia: 45L/ d
45L/ d x 4 pessoas = 180L/ d
180L/ d x 365 dias no ano = 65700L/ ano
65700L/ ano
12 meses
= 5475L/ mês                                                                                                                                                                                                                                                           Licença de distribuição:                                                                                                                                                                                                                                                  <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/”><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by-sa/3.0/88×31.png” /></a><br />Este trabalho está licenciado com uma Licença <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/”>Creative Commons – Atribuição-CompartilhaIgual 3.0 Não Adaptada</a>.